隱形材料

1、吸波復(fù)合材料吸波復(fù)合材料吸波復(fù)合材料概述吸波復(fù)合材料概述吸波材料是指能夠吸收衰減入射電磁波能量，并通過材料的介質(zhì)損耗使其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能或其他能量形式的一類功能復(fù)合材料。吸波材料一般由基體材料（或粘結(jié)劑）與吸收介質(zhì)（吸收劑）復(fù)合而成。本文主要研究對(duì)雷達(dá)波具有吸收損耗效應(yīng)的吸波材料（radarabsbingmaterials，縮寫RAM）。吸波復(fù)合材料特性吸波復(fù)合材料特性吸波復(fù)合材料一般要求具備以下特性：（1）厚度薄，質(zhì)量輕。吸波涂料的質(zhì)

2、量對(duì)武器來說完全是附加的。例如鐵氧體涂料的比重約為5gcm3，如涂層厚度為4mm，涂覆面積為50m2，附加重量就達(dá)到1000kg，這對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器來說都是不切實(shí)際的。此外，涂層太厚和太重還影響飛行器的氣動(dòng)特性，增加涂覆工藝的難度等。（2）頻帶寬，反射率低。雷達(dá)工作頻帶很寬，大約在1~140GH范圍，且還在拓寬。對(duì)隱身飛行器，吸波涂料的主要覆蓋頻段1~18GHz，坦克車輛主要在26.5~40.0GHz和90~140GHz范圍內(nèi)。目前

3、的工作就是在衰減量≦10dB的情況下追求盡可能寬的頻帶。（3）功能強(qiáng)。要求吸波復(fù)合材料既可以作吸波材料，又可以作結(jié)構(gòu)材料，有高的力學(xué)性能及良好的環(huán)境適應(yīng)性和物理化學(xué)性能。吸波復(fù)合材料的原理吸波復(fù)合材料的原理吸波材料的基本物理原理是材料對(duì)入射電磁波實(shí)現(xiàn)有效吸收，將電磁波能量轉(zhuǎn)換為熱能或其他形式的能量而耗散掉。該材料應(yīng)具備兩個(gè)特性即波阻抗匹配特性和衰減特性。（1）阻抗匹配特性，即創(chuàng)造特殊的邊界條件使入射電磁波在材料介質(zhì)表面的振幅反射率ρ最小

4、（理想情況ρ=0）從而盡可能地從表面進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部。最簡(jiǎn)單的情況是電磁波從自由空間垂直射到介質(zhì)表面，此時(shí)[4，5]：ρ=（ηη0）（ηη0）；ρ=（Znη0）（Znη0）η式中ρ——電磁波在涂層表面的振幅反射率；η——涂層的相對(duì)本性阻抗；η0——自由空間的相對(duì)本性阻抗；Zn——n層的表面相對(duì)阻抗。欲使ρ=0電填料（如炭黑、石墨、金屬粉等），復(fù)合到聚合物中作為吸波材料是一種電阻型損耗材料，其導(dǎo)電機(jī)制可以作如下解釋[21]：(1)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

5、[8]：導(dǎo)電填料在聚合物基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提供了載流子宏觀運(yùn)動(dòng)通道，在直流電流作用下，填料比例達(dá)到某個(gè)閾值，導(dǎo)電粒子在材料中形成完整網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性將急劇增加。但是在交變電磁場(chǎng)作用下，在材料體內(nèi)只要存在局部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，就能形成損耗電流或渦流，應(yīng)無明顯的閾值；(2)隧道效應(yīng)[9]：即使未形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，量子隧道效應(yīng)也能使電子越過勢(shì)壘運(yùn)動(dòng)而使材料導(dǎo)電；(3)電場(chǎng)發(fā)射學(xué)說[20]：在電場(chǎng)作用下，導(dǎo)電粒子會(huì)感應(yīng)出電荷。導(dǎo)電粒子之間會(huì)形成很大電場(chǎng)，粒子

6、間的庫侖作用會(huì)引起發(fā)射電流，同時(shí)也會(huì)使粒子間的介質(zhì)導(dǎo)通；(4)孤子或極化子導(dǎo)電[11，12]：對(duì)含有摻雜π共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物相的復(fù)合材料，導(dǎo)電聚合物中的載流子是孤子或極化子，這些載流子在聚合物分子鏈內(nèi)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，也可在鏈間因量子隧道效應(yīng)而發(fā)生跳躍導(dǎo)電。吸波復(fù)合材料的分類吸波復(fù)合材料的分類雷達(dá)吸波材料按成型工藝和承載能力可分為涂敷型和結(jié)構(gòu)型。涂敷型吸波材料是將吸收劑與粘結(jié)劑混合后涂敷于目標(biāo)表面形成吸波涂層，它適用于復(fù)雜曲面形體，耐侯性及

7、綜合機(jī)械性能良好，且具有無需對(duì)武器裝備的結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行大的改造，見效快，，技術(shù)難度相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，適宜在現(xiàn)有裝備上推廣使用，因此是目前研究的重點(diǎn)；結(jié)構(gòu)型吸波材料，則通常是將吸收劑分散在由特種纖維（如石英纖維、玻璃纖維等）增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料中所形成的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，它同時(shí)具有較高的吸收雷達(dá)波能力、結(jié)構(gòu)承載能力和維持形狀功能，克服了涂敷型吸波材料易于腐蝕、損壞、脫落等缺點(diǎn)，與雷達(dá)吸波涂料相比，具有飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的高比強(qiáng)度、比剛度及質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，

8、但其加工設(shè)計(jì)的難度較大，還有技術(shù)方面的困難沒有完全解決。按材料損耗機(jī)理，吸波材料可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型。碳化硅纖維、導(dǎo)電高聚物、石墨等屬于電阻型吸波材料，電磁能主要衰減在材料電阻上；鈦酸鋇之類屬于電介質(zhì)型吸波材料，其機(jī)理為介電極化馳豫損耗；磁介質(zhì)吸波材料的機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磁滯損耗和鐵磁共振損耗。這類材料有鐵氧體、磁性金屬粉、多晶鐵纖維等。按不同研究時(shí)期，吸波材料又可分為傳統(tǒng)吸波材料和新型吸波材料。鐵氧體、金屬微粉、鈦酸鋇、碳化硅